利用GBDB数据库与GIS技术绘制高精度古地理图

进入21世纪,随着互联网、数据库和地理信息系统(GIS)技术的快速发展,古地理学研究及古地理图的绘制也面临新的机遇与挑战,逐渐从定性走向定量,从基于单因素、单学科信息到基于多因素、多学科综合信息。新一代基于数据库和GIS技术的高精度古地理图的绘制,与传统的定性或手工绘制的古地理图相比,涵盖的学科信息广、涉及的数据量大、图件精度高、可叠加各种定量分析的结果,是未来古地理图绘制的主流方向,并将成为定量古地理研究的重要辅助手段。GBDB数据库庞大的地层学和古生物学数据资源,以及以剖面为核心的数据结构,使其成为目前最适合开展定量古地理研究和古地理图绘制的开放数据平台。作者收集、整理了华南435个剖面的综合地层数据,通过数据的标准化和专家厘定,绘制得到了华南奥陶纪凯迪晚期的高精度古地理图。研究表明,凯迪晚期,扬子地台上广泛发育五峰组黑色页岩沉积;扬子地台的西北缘、西南缘、湖南中南部、下扬子地区等沉积了其他岩相地层;华南南部大范围地区、四川中部等均已抬升暴露,缺失本期地层。总体来看,该时期华南呈现了三面古陆环绕的浅水台地这一古地理格局。

生物地层学图形对比软件包SinoCor1.0

用于生物地层学定量分析对比的软件包SinoCor 1.0采用VisualBasic 3.0程序设计语言编写 ,由三个主要功能模块组成 :(1)数据输入、修改模块 ,(2 )数据分析、处理模块 ,(3)数据输出模块。操作采用人机交互方式 ,运行于Windows 3 .x图形环境下 ,功能完全菜单化。一次可分析、处理 2 0个生物地层剖面、6 0个分类单元。

架起地层古生物研究领域的信息高速路——中国科学院南京地质古生物研究所樊隽轩团队成果

地球上生命的历史已近40亿年，如何通过化石记录重建地球历史中生命的演化历程一直是地球科学和生命科学研究的主题之一。

地层古生物研究辅助绘图软件StratDraw 1.0

为了减少绘制化石延限图的误差和工作量,设计了StratDraw1.0,自动对化石延限资料进行汇总,并借助于专业矢量绘图软件CorelDraw,自动生成初始延限图。在此基础上,可利用CorelDraw做各种编辑和修饰,获得可直接出版的化石延限图。该软件也可根据用户的选择对化石种级、属级或更高分类单元的地质延限进行自动绘制,借助于这一功能,用户可以直观地进行生物宏演化方面的数据统计。

奥陶-志留系界线地层生物带的全球对比

详述扬子区晚奥陶世晚期 (阿什极期 )至兰多维列世初期的生物带序列 ,修正部分的笔石带 ,与全球各重要地区进行对比。研究表明 ,全球奥陶系顶部赫南特亚阶及其上下地层在我国的扬子区发育最好 ,地层连续发育并广泛出露 ,生物带发育齐全 ,不但有连续的笔石带 ,而且有世界广布的赫南特贝腕足动物群 ,有望在我国建立赫南特亚阶的全球层型剖面和点(GSSP)。

地质露头与标本的三维数字化现状与展望

进入大数据时代以来,知识图谱、人工智能、虚拟仿真等诸多高新技术迅速发展,地球科学的研究方法也在不断与时俱进。相比传统的二维图像和文本信息,三维数字模型能提供更加丰富多样的数据,可以在基础研究和应用领域发挥重要作用。地质露头和三维标本的数字化是三维建模技术在地球科学领域的两类典型案例。文章对数字露头和三维标本数字化的建设现状进行了调研,对现阶段常用数字化技术、数据共享与开发服务方式以及目前具有代表性的数字地质露头与三维标本数据库进行了介绍,并对调研结果进行了总结分析。此外,还归纳了目前存在的一些问题,从数据建设标准规范、建设内容以及功能拓展等方面,对未来发展进行了展望。

笔石Pseudisograptus的最小平均生命期

根据浙赣三山地区完好保存的Ｐｓｅｕｄｉｓｏｇｒａｐｔｕｓ笔石体胎管和胞管纺锤层（增生层）的立体标本，参照现生翼鳃类杆壁虫和头盘虫类的生长速率，推算此类笔石的最小平均生命期。

显生宙全球气候变化与生物绝灭事件的联系

根据显生宙各地质时期全球气候敏感沉积物和生物地理单元数据库，显生宙（寒武纪至中新世）可识别出２４次全球范围内不同级别的气候变化事件。有些事件与全球生物事件有着密切的联系，而不少则并无重要联系，即使这两种事件发生的时间和规模上存在着明显的一致性，也并不一定就存在着因果关系。这２４次事件根据二者的一致性和不一致性，可归纳为两类：（１）早寒武世末（一致）；（２）晚寒武世末（不一致）；（３）早奥陶世末（Ｉｂｅｘｉａｎ末，不一致）；（４）奥陶纪末（一致）；（５）志留纪兰多维列世（不一致）；（６）志留纪文洛克世早期（不一致）；（７）志留纪文洛克世末（不一致）；（８）志留纪罗德洛世末（不一致）；（９）志留纪普利道里世末（不一致）；（１０）早泥盆世埃姆斯期初（不一致）；（１１）中泥盆世艾菲尔期末（一致）；（１２）中泥盆世吉维特期末（一致）；（１３）晚泥盆世弗拉斯期末（一致）；（１４）泥盆纪末（不一致）；（１５）早石炭世末（一致）；（１６）晚石炭世维斯发期末（一致）；（１７）早二叠世萨克马尔晚期（一致）；（１８）二叠纪末（一致）；（１９）早三叠世（一致）；（２０）中—晚三叠世（不一致）；（２１）早侏罗世赫塘期（不一致）；（２?

地球科学知识图谱的构建与展望

大数据为地球科学研究带来了新的思路和挑战。但由于存在描述规范不统一、共享机制不明、语义异构等问题,在数据集成、共享与复用等方面存在较大困难,使得大数据的众多优势在地球科学相关研究中难以充分发挥。知识图谱能够准确、清晰地表达概念及其相互之间的复杂语义关系,为机器所理解,是实现语义翻译、数据融合和复用的关键技术。文章对地球科学知识图谱的内涵和特点进行了深入的分析,归纳了地球科学知识图谱的主要构建方法,梳理了数据字典、知识体系和知识图谱之间的关系,对与地球科学知识图谱构建相关的专题数据库和领域本体的建设现状进行了回顾,指出了地球科学知识图谱构建中存在的主要问题,并阐述了地球科学知识图谱的应用前景,以期推动和完善地球科学知识图谱的建设和应用。

地球科学大数据的管理与共享:以英国地质调查局为例

大数据驱动的研究范式正在引起地学领域的革命,而海量大数据的有效管理和共享是数据高效利用的前提。英国地质调查局作为最早成立的国家地质调查局,拥有海量的地学数据资源,通过近年来对数字化工作的全面推进,在数据的开放共享方面走在了世界各国的最前沿。文章对英国地质调查局的数据资源管理和数据共享方式进行了分析调研,详细介绍了他们的一站式管理平台——开放地学的主体组成,以及他们与同行合作建设的数据库。开放地学全面汇总了地调局内的数据资源,并通过一系列数据共享将所有数据集有机链接,通过数据和模型的巧妙结合,在满足用户数据需求的同时,对数据的应用进行了全方位的拓展,是地球系统科学研究框架下地球科学数字化工作的良好典范。

国际大洋科学钻探的数据资源与共享现状

国际大洋科学钻探可以追溯到20世纪60年代的"莫霍钻"计划。在50余年的历史中,经历了深海钻探计划、大洋钻探计划、综合大洋钻探计划和国际大洋发现计划四个阶段,执行了300多个航次的洋底钻探任务。所获得的海量、珍贵的洋底数据,如今保存在多个数据库中。这些数据包括了测井信息、岩芯基概况信息、物理属性信息、化学属性信息、岩石特征、古生物化石内容等观测和实验分析结果,数据量巨大。这些数据还通常附于相关的大洋钻探出版物中发表,部分被相关专业数据库收录。总体来看,大洋钻探目前的数字化工作存在多个数据库间数据类型不匹配和数据检索方式单调等问题,不利于后续对于数据的再挖掘和利用。未来需要重视综合性大数据平台的建设,将不同来源、不同类型的多源异构数据有效融合,互联互通,并充分利用已有的大数据技术手段支撑相关的科学研究。

贵州习科1井奥陶-志留系之交的碳同位素化学地层学

奥陶系赫南特阶碳同位素正漂移(HICE)事件已为人熟知,但受限于样品质量和地层对比精度,目前尚存在一些争议。本次研究对黔北习水县习科1井中的五峰组至龙马溪组底部共22个岩芯样品进行了总有机碳(TOC)和δ13Corg分析,识别出HICE正漂移事件,并将其与华南和国外其他地区的同期事件进行了对比。对华南HICE事件记录的分析表明,五峰组和龙马溪组两个页岩气有利层段与该HICE事件存在较为稳定的层位关系。五峰组页岩气有利层段的结束层位大致对应于HICE事件的起始层位,即笔石Paraorthograptus pacificus带(WF3)顶部至Metabolograptus extraordinarius带(WF4)底部;而龙马溪组页岩气有利层段的起始层位大致对应于HICE事件的结束层位,即笔石Metabolograptus persculptus带(LM1)中部至Akidograptus ascensus带(LM2)底部。在两个有利层段间夹有一段显著正漂移事件的这种模式可在化石材料较为缺乏的剖面和钻井中为有利层段的识别提供较好的参考。分析对比结果还表明,华南HICE事件的特殊性与奥陶纪末冰期期间扬子海的区域氧化还原条件波动相关。在冰盛期,扬子海处于弱还原环境,海底埋藏的有机质大量分解并返回海水中,使得海水δ13CDIC下降,这是华南扬子区HICE事件正漂幅度明显低于全球广海沉积环境的主要控制因素。

古生物学数据库现状与数据驱动下的科学研究

化石数据是了解地球历史以及深时生命演化的重要信息来源。通过数百年的积累,古生物学家已经发表了海量的古生物学数据。过去三、四十年里,随着计算机、数据库和互联网技术的快速发展,国内外涌现出大量的古生物学数据库,彼此间的目标、体系架构、数据组织方式和服务对象通常存在显著差异,呈现百花齐放的特点。文章系统介绍了古生物学领域主要数据库的发展历史、数据表结构、数据特征和数据量等建设情况,对比分析了其数据整理方式、核心在线功能、数据共享特点和数据质量控制措施。同时,结合近年来数据驱动下的古生物学领域的科学研究实例,提出一站式全生态链数据平台的建设设想,为深时数字地球(DDE)建设多学科融合、数据开放与共享的大数据平台提供参考。

全球古地理重建模型的构建方法、比较与知识发现

作为深时数字地球项目的底层框架,全球古地理重建模型包括地质历史时期板块的位置和运动轨迹以及地表特征两方面的内容。过去数十年里,基于不同方法、不同资料的全球古地理重建模型不断涌现。综合古地磁学、古生物学、沉积学、地球物理、地球化学以及地球动力学领域的知识与资料解释古地理,并建立起数字化、可修改、随时间演变的模型是当前常见的方法。文章介绍了国内外全球古地理重建模型的构建方法,并比较了六种主流的重建模型(PaleoMap、PLATES、UNIL、GOLONKA、GMAP和EarthByte),旨在为国内相关领域研究提供参考。文章还介绍了数字化全球重建古地理模型在古气候、板块构造驱动力以及盆地演化方面的应用及知识发现。通过对现存模型的介绍,提出展望,希望在深时数字地球计划的框架下整合国内外优秀科学家,重新设计并建立真正统一的四维古地理重建模型。

卷首语

“深时数字地球”(Deep-time Digital Earth,简称DDE)是由中国科学家发起和主导,并由国际最大的地学组织——国际地质科学联合会批准的第一个大科学计划。这个为期十年(2019~2028)的大科学计划将协同全球科学家,整合过去数十亿年的地球演化数据,共享全球地学知识,打造“地学谷歌”。通过人工智能条件下的学科知识体系重建,形成地学最完整的数据库系统,建设多样化的数据分析和处理功能。

深时重大生物和气候事件与全球变化:进展与挑战

地球自5.4亿年前现代生态系统形成至今,发生了多次与碳循环扰动有关的重大气候事件.这些事件的触发机制、发展过程、环境变化及其伴随的生物响应型式为科学评估当今全球变化背景下生物多样性现状提供重要借鉴.然而,古-今生态系统变化时间尺度大不相同,高分辨率关键环境因子(温度、CO_(2)、降雨量、海洋氧化还原条件等)在深时记录中亦难以获取,深时海陆生物多样性模式尚缺乏高分辨率记录.因此,当今全球变化与深时记录对比存在巨大鸿沟.地球5.4亿年以来大部分时间处于两极无冰的温室状态,期间伴随多次极冷和极热气候事件,但地球深时重大生物演化和气候事件的关系复杂.生物多样性在变冷的奥陶纪早期、晚古生代大冰期、晚新生代大冰期以及中-晚三叠世和白垩纪热室期均呈现稳定增加,而在奥陶纪末冰期快速降温期间和二叠纪末、三叠纪末、白垩纪末火山排气作用导致的快速升温过程中急剧下降.地质时期生物多样性对气候变化的不同响应型式表明,生物多样性变化的根本驱动因素可能不是简单的温度、大气CO_(2)浓度等环境因子的背景值高或低,而是环境因子的变化速率(环境变率).变率较小,环境相对稳定,生物有足够的时间适应环境变化,生物多样性不会丧失,甚至繁盛.反之,若环境因子变率过大,超出了生态系统的承受力,生物来不及适应,生物多样性就会显著降低,甚至引发大灭绝.已有模拟和计算表明,当今地球碳排放的速度有可能超过了地质历史时期任何一次生物大灭绝事件.因此,避免环境突变事件和生物大灭绝的再次发生成为政界、科学界和普通民众关注的焦点.打通地球多圈层界限,开展古-今地质记录、冷-热极端气候、海-陆生态系统和长-短时间尺度的综合对比研究,并通过建立适用于深时的地球系统模型,模拟重大生物和环境事件的背景与发生过程,是地球系统科学未来发展的重要方向.

重建深时地球生物多样性时空分布模式的思考

重建地球生物多样性演变历史是了解地球生命演化规律的关键.通过研究地质时期的生物多样性变化,能够追溯生命的起源、演化和灭绝过程,并探索其原因.然而,地球上曾经生活过的99%以上的生物都已经灭亡,其中只有一小部分保存为化石并被人类发现.因此,如何利用化石记录重建地球生物多样性变化的过程是一个非常复杂的科学难题.为了解决这一难题,需要从多方面入手.首先,建立含有时空信息的全球性大型综合数据库是研究深时生物多样性模式的必要条件,也是识别曾经发生过的重大生物事件的基础,以往的研究多集中在海洋无脊椎动物化石多样性的研究,目前仍然缺乏全球性的陆地生物多样性模式.其次,需要解决化石保存不完整和样本采集时空不均一的难题.近十几年来,随着海量数据的积累,大数据分析技术的发展,通过多学科交叉,在解决时空分辨率低和样本偏差等问题上发展了更有效的分析手段,但仍然任重道远.最后,新的大数据研究结果引发了对深时地球生物多样性变化的时空规律的许多新认识.随着研究的深入,五次生物大灭绝的灭绝幅度和灭绝率明显降低,需要以全球大数据为基础重新精确估算,其中二叠纪末生物大灭绝无疑仍是最大的一次,而泥盆纪晚期F/F和三叠纪末灭绝事件很可能算不上五大生物灭绝之二,白垩纪末生物大灭绝的持续时间和灭绝幅度也需要重新估算.此外,寒武纪-奥陶纪、石炭纪-二叠纪和新生代三大生物辐射事件也需要全球高分辨率化石数据验证.以人工智能和超级计算机等为手段建立的深时生态系统演变模型是实现古今对比的未来方向.这些研究将使我们对地球生物多样性历史有全方位的认识,也为现今的全球生态系统面临的问题提供深时参照.

四川兴文县麒麟乡五峰组—龙马溪组黑色页岩的生物地层序列

四川盆地是中国南方页岩气勘探与开发的主要区块。对四川兴文县麒麟乡的麒新桥剖面和某浅井剖面的五峰组—龙马溪组黑色页岩开展了详细的生物地层研究工作,在该区建立了从上奥陶统凯迪阶上部的Dicellograptus complexus带至志留系兰多维列统埃隆阶顶部的Stimulograptus sedgwickii带的12个连续生物带和组合,这一生物地层序列可实现区域和全球的精确对比。在麒新桥剖面的新鲜露头上,我们观察到了从观音桥层碳酸盐岩到龙马溪组黑色笔石页岩的岩相和生物相的连续过渡变化。这一连续序列指示了从赫南特壳相动物群至Metabolograptuspersculptus带笔石群、从富氧环境至缺氧环境的连续、快速转换;从全球范围来看,这一地层序列也对应于奥陶纪末冰期结束后冰川快速消融导致的全球海平面上升事件。

华南奥陶-志留系龙马溪组黑色笔石页岩的生物地层学

基于湖北7条奥陶-志留系界线剖面的野外和室内工作,并参考邻近地区的剖面资料,详细讨论了这一地区龙马溪组黑色笔石页岩的顶、底界线,并对其时空分布进行了深入研究.扬子区龙马溪组黑色笔石页岩跨越了奥陶系-志留系的界线,从奥陶系赫南特阶顶部的Normalograptus persculptus带至志留系特列奇阶最底部的Spirograptus guerichi带,共包含10个笔石带.扬子区龙马溪组黑色笔石页岩的顶、底界线都是穿时的,其底界从N.persculptus带至Coronograptus cyphus带,共穿越了2个阶的5个笔石带;其顶界从Demirastrites pectinatus-Monograptus argenteus带到Spirograptus guerichi带,共穿越了2个阶的4个笔石带.受宜昌上升的影响,在湖北、湖南、重庆交界地区有一湘鄂水下高地.这一水下高地在赫南特期至鲁丹早期甚至更晚时间存在沉积缺失现象.通过对比晚奥陶世赫南特期和志留纪鲁丹早期该地区黑色笔石页岩的分布范围可以发现,从赫南特期至鲁丹早期,湘鄂水下隆起的影响范围逐渐收缩,这与赫南特冰期之后的全球冰川消融和海平面上升是一致的.

国际地层委员会官网与《国际年代地层表》(2015/01版)

国际地层委员会的主要职责之一是精确定义全球年代地层单位并制作"国际年代地层表",为国际地学研究提供共同语言。国际地层委员会官网承担了国际地层委员会的信息服务之职能,尤其是"国际年代地层表"的更新与发布。"国际年代地层表"的更新主要源于几方面的因素:有新的年代地层单位被正式确立,各级年代地层单位有新的划分方案被认可,或是获得了新的地质年龄数据等。自2013年起,"国际年代地层表"每年至少更新一次,以反映国际年代地层研究的最新进展。中国地层学者长期积极参与国际年代地层研究工作,并认真开展"国际年代地层表"的引进和汉译工作。在本文中同时发布了最新的《国际年代地层表》(2015/01版)的中文版。